DE102020101991B4 - Power supply unit and electrical machine with such a power supply unit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinheit (200) für eine elektrische Maschine. Dabei umfasst die Stromversorgungseinheit (200): eine Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n); eine erste maschinenvorderseitige leistungselektronische Schaltung mit einer Vielzahl von Halbbrücken (201a-n), welche ausgebildet ist, die Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n) mit einem jeweiligen Strom zu beaufschlagen; und eine zweite maschinenrückseitige leitungselektronische Schaltung mit einer Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn). Dabei weist die zweite maschinenrückseitige leitungselektronische Schaltung eine Matrixtopologie auf und ist ausgebildet, jeden der Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n) über eine Vielzahl von Strompfaden, welche durch die Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn) und Kombinationen davon definiert werden, mit allen anderen Leitungsabschnitten (211a-n) elektrisch leitend zu verbinden.The invention relates to a power supply unit (200) for an electrical machine. The power supply unit (200) comprises: a plurality of line sections (211a-n); a first machine-front power electronic circuit with a plurality of half bridges (201a-n) which is designed to apply a respective current to the plurality of line sections (211a-n); and a second machine rear line electronic circuit having a plurality of bidirectional switches (203aa-nn). The second electronic circuit on the back of the machine has a matrix topology and is designed to connect each of the plurality of line sections (211a-n) via a plurality of current paths which are defined by the plurality of bidirectional switches (203aa-nn) and combinations thereof to connect other line sections (211a-n) in an electrically conductive manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine, insbesondere einen elektrischen Motor, sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Stromversorgungseinheit.The invention relates to a power supply unit for an electrical machine, in particular an electrical motor, and an electrical machine with such a power supply unit.

Aus der DE102014118356A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, welche sich durch den Aufbau der Statorwicklung von anderen elektrischen Maschinen dadurch unterscheidet, dass anstelle von klassischen Wicklungen solide Leitungsstäbe im Stator vorgehsehen sind. Dabei sind alle diese Leitungsstäbe auf der Rückseite der elektrischen Maschine mithilfe eines Kurzschlussrings einseitig kurzgeschlossen und erstrecken sich in axialer Richtung parallel entlang des Stators (als Vorderseite einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Motors wird hier die Seite definiert, an welcher sich die Abtriebswelle bzw. die A-Seite befindet; entsprechend wird hier als Rückseite der elektrischen Maschine oder des elektrischen Motors die Seite definiert, an welcher sich die B-Seite befindet). Eine solche Ausbildung eines Stators ist in 1 dargestellt, wobei ein erster Statorabschnitt 101 ein Gehäuse (bzw. einen Statorkern) 103 umfasst, welches eine Vielzahl von Nuten 105a definiert, und ein zweiter Statorabschnitt 107 eine Vielzahl von soliden Leitungsstäben 111a umfasst, die an ihren rückseitigen Enden über einen Kurzschlussring 109 miteinander leitend verbunden sind und mit ihren vorderseitigen Enden jeweils in die Nuten 105a des Gehäuses 103 des ersten Statorabschnitts 101 eingebracht sind.From the DE102014118356A1 an electrical machine is known which differs from other electrical machines by the structure of the stator winding in that solid conductor rods are provided in the stator instead of classic windings. All these wire rods on the back of the electrical machine are short-circuited on one side with the help of a short-circuit ring and extend in the axial direction parallel along the stator (the front of an electrical machine or an electrical motor is defined here as the side on which the output shaft or the A-side; accordingly, the side on which the B-side is located is defined here as the rear of the electric machine or the electric motor). Such a design of a stator is in 1 shown, with a first stator section 101 a housing (or a stator core) 103 comprising a plurality of slots 105a defined, and a second stator section 107 a variety of solid line rods 111a includes, which at their rear ends via a short-circuit ring 109 are conductively connected to one another and with their front ends in each case in the grooves 105a of the housing 103 of the first stator section 101 are introduced.

An der nicht mit einem Kurzschlussring versehenen Vorderseite der in der DE102014118356A1 beschriebenen elektrischen Maschine sind die Leitungsstäbe 111a mit einer leistungselektronischen Schaltung verbunden, die eine Vielzahl von Halbbrücken umfasst. Durch die Leistungselektronik an der Vorderseite der elektrischen Maschine kann ein Stromverlauf mit gewünschter Form über die Leitungsstäbe 111a eingeprägt werden. Hierdurch ist es möglich sowohl die Anzahl der Phasen als auch die Polpaarzahl der in der DE102014118356A1 beschriebenen elektrischen Maschine während des Betriebs zu verändern. Daher wird diese elektrische Maschine auch als Variophasen-Maschine bezeichnet (ebenfalls findet man die Bezeichnung Käfigstator-Maschine).On the front of the in the not provided with a short-circuit ring DE102014118356A1 The electrical machine described are the conductor bars 111a connected to a power electronic circuit comprising a plurality of half bridges. The power electronics on the front of the electrical machine allow a current flow with the desired shape over the conductor bars 111a to be imprinted. This enables both the number of phases and the number of pole pairs in the DE102014118356A1 to change the electrical machine described during operation. This is why this electrical machine is also known as a vario-phase machine (also known as a cage stator machine).

Eine Weiterbildung der aus der DE102014118356A1 bekannten elektrischen Maschine wird in der DE102014114615A1 beschrieben, bei welcher durch Anbindung einer weiteren leistungselektronischen Schaltung an der Rückseite der elektrischen Maschine, welche den in 1 gezeigten Kurschlussring 109 ersetzt, die Anzahl der Freiheitsgrade dieser elektrischen Maschine zusätzlich erhöht werden kann. Dabei muss jedoch zum Einprägen beispielsweise eines sinusförmigen Stromverlaufs die Leistungselektronik auf der Rückseite der aus der DE102014114615A1 bekannten elektrischen Maschine entsprechend oft geschaltet werden, d.h. mit der Frequenz des sinusförmigen Stromverlaufs.A further training from the DE102014118356A1 known electrical machine is in the DE102014114615A1 described in which by connecting a further power electronic circuit to the rear of the electrical machine, which the in 1 shown short-circuit ring 109 replaced, the number of degrees of freedom of this electrical machine can also be increased. However, in order to impress a sinusoidal current curve, for example, the power electronics on the back of the from the DE102014114615A1 known electrical machine are switched accordingly often, ie with the frequency of the sinusoidal current curve.

Weitere Stromversorgungseinheiten für eine elektrische Maschine sind aus der WO2017/127557A1 und der DE102005032965A1 bekannt.Further power supply units for an electrical machine are from the WO2017 / 127557A1 and the DE102005032965A1 known.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine sowie eine solche elektrische Maschine bereitzustellen.Against this background, the object of the present invention is to provide an improved power supply unit for an electrical machine and such an electrical machine.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, die leistungselektronische Schaltung für die Maschinenrückseite mit einer Matrixtopologie auszubilden. Hierbei sind für jeden Leitungsstab bidirektionale Schalter für die Verbindung zu allen anderen Leitungsstäben vorgesehen. So können die Leitungsstäbe für einen festen Betriebspunkt auf der Maschinenrückseite dauerhaft verbunden werden. Lediglich beim Umschalten der Phasen- oder Polpaarzahl müssen die bidirektionalen Schalter angesteuert werden. Hierdurch werden die Schaltfrequenzen der Leistungselektronik und somit auch die Schaltverluste auf der Maschinenrückseite deutlich reduziert. Zudem weist diese Beschaltung im Vergleich zu bereits bekannten Topologien einen sehr hohen Freiheitsgrad auf, da die Stäbe beliebig miteinander verschaltet werden können.The present invention is based on the knowledge to design the power electronic circuit for the rear of the machine with a matrix topology. Here, bidirectional switches are provided for each line rod for the connection to all other line rods. In this way, the line rods can be permanently connected for a fixed operating point on the rear of the machine. The bidirectional switches only need to be activated when switching the number of phases or pole pairs. This significantly reduces the switching frequencies of the power electronics and thus also the switching losses on the rear of the machine. In addition, this connection has a very high degree of freedom compared to already known topologies, since the bars can be connected to one another as required.

Somit wird die Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt durch eine Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine gelöst, wobei die Stromversorgungseinheit umfasst: eine Vielzahl von Leitungsabschnitten; eine erste maschinenvorderseitige leistungselektronische Schaltung mit einer Vielzahl von Halbbrücken, welche ausgebildet ist, die Vielzahl von Leitungsabschnitten mit einem jeweiligen Strom zu beaufschlagen; und eine zweite maschinenrückseitige leistungselektronische Schaltung mit einer Vielzahl von bidirektionalen Schaltern. Dabei weist die zweite maschinenrückseitige leistungselektronische Schaltung eine Matrixtopologie auf und ist ausgebildet, jeden der Vielzahl von Leitungsabschnitten über eine Vielzahl von Strompfaden, welche durch die Vielzahl von bidirektionalen Schaltern und Kombinationen davon definiert werden, mit allen anderen Leitungsabschnitten elektrisch leitend zu verbinden. Aufgrund der Matrixtopologie der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung ist ein erster Leitungsabschnitt (i) über einen ersten bidirektionalen Schalter mit einem zweiten Leitungsabschnitt verbindbar, (ii) über einen zweiten bidirektionalen Schalter mit einem dritten Leitungsabschnitt verbindbar und (iii) über den ersten bidirektionalen Schalter und einen dritten bidirektionalen Schalter mit dem dritten Leitungsabschnitt verbindbar.Thus, according to a first aspect, the object is achieved by a power supply unit for an electrical machine, the power supply unit comprising: a plurality of line sections; a first machine-front power electronic circuit with a plurality of half bridges, which is designed to apply a respective current to the plurality of line sections; and a second power electronic circuit on the back of the machine with a plurality of bidirectional switches. The second power electronic circuit on the rear of the machine has a matrix topology and is designed to connect each of the plurality of line sections to all other line sections in an electrically conductive manner via a plurality of current paths, which are defined by the plurality of bidirectional switches and combinations thereof. Due to the matrix topology of the second power electronics circuit on the back of the machine, a first line section (i) can be connected to a second line section via a first bidirectional switch, (ii) can be connected to a third line section via a second bidirectional switch and (iii) via the first bidirectional switch and a third bidirectional switch connectable to the third line section.

Gemäß einer Ausführungsform entspricht die Matrixtopologie der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung einer Matrix, bei welcher Matrixelemente auf der Hauptdiagonalen der Matrix und Matrixelemente unterhalb oder oberhalb von der Hauptdiagonalen der Matrix einem jeweiligen bidirektionalen Schalter entsprechen.According to one embodiment, the matrix topology of the second power electronics circuit on the back of the machine corresponds to a matrix in which matrix elements on the main diagonal of the matrix and matrix elements below or above the main diagonal of the matrix correspond to a respective bidirectional switch.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist aufgrund der Matrixtopologie der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung der erste Leitungsabschnitt (i) über einen vierten bidirektionalen Schalter mit einem vierten Leitungsabschnitt verbindbar, (ii) über den ersten bidirektionalen Schalter und einen fünften bidirektionalen Schalter mit dem vierten Leitungsabschnitt verbindbar, (iii) über den ersten bidirektionalen Schalter, den dritten bidirektionalen Schalter und einen sechsten bidirektionalen Schalter mit dem vierten Leitungsabschnitt verbindbar und (iv) über den zweiten bidirektionalen Schalter und den sechsten bidirektionalen Schalter mit dem vierten Leitungsabschnitt verbindbar.According to a further embodiment, due to the matrix topology of the second power electronic circuit on the back of the machine, the first line section (i) can be connected to a fourth line section via a fourth bidirectional switch, (ii) can be connected to the fourth line section via the first bidirectional switch and a fifth bidirectional switch, ( iii) connectable to the fourth line section via the first bidirectional switch, the third bidirectional switch and a sixth bidirectional switch and (iv) connectable to the fourth line section via the second bidirectional switch and the sixth bidirectional switch.

Die Stromversorgungseinheit kann ferner eine Gleichspannungsquelle umfassen, welche parallel mit der Vielzahl von Halbbrücken der ersten maschinenvorderseitigen leistungselektronischen Schaltung elektrisch leitend verbindbar ist, um die Leitungsabschnitte mit einem jeweiligen Strom zu beaufschlagen.The power supply unit can furthermore comprise a DC voltage source which can be connected in an electrically conductive manner in parallel to the plurality of half bridges of the first power electronic circuit on the front of the machine in order to apply a respective current to the line sections.

Ferner kann die Stromversorgungseinheit eine Steuereinheit umfassen, welche ausgebildet ist, jeden der Vielzahl von bidirektionalen Schaltern der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung zu schalten. Dabei kann die Steuereinheit zur Ansteuerung der bidirektionalen Schalter wenigstens einen Ladungspumpen-Treiber umfassen.Furthermore, the power supply unit can comprise a control unit which is designed to switch each of the plurality of bidirectional switches of the second power electronic circuit on the rear of the machine. The control unit for controlling the bidirectional switches can include at least one charge pump driver.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgebildet, bei einer Fehlfunktion eines bidirektionalen Schalters einen Schaltzustand wenigstens eines anderen bidirektionalen Schalters der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung zu ändern, um den Betrieb der Stromversorgungseinheit aufrecht zu erhalten.According to one embodiment, the control unit is designed to change a switching state of at least one other bidirectional switch of the second power electronic circuit on the rear of the machine in the event of a malfunction of a bidirectional switch in order to maintain the operation of the power supply unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Leitungsabschnitten eine Vielzahl von parallel angeordneten Leitungsstäben, welche in Nuten eines Statorkerns eingebracht sind, um einen Stator der elektrischen Maschine auszubilden. Dabei können die Leitungsstäbe in Umfangsrichtung des Statorkerns gleichmäßig verteilt sein. Die Stromversorgungseinheit kann ferner eine Vielzahl von Potentialringen umfassen, welche ausgebildet sind, die Vielzahl von Leitungsstäben mit der Vielzahl von bidirektionalen Schaltern zu verbinden.According to a further embodiment, the multiplicity of line sections comprises a multiplicity of parallel-arranged line rods which are introduced into slots of a stator core in order to form a stator of the electrical machine. The line rods can be evenly distributed in the circumferential direction of the stator core. The power supply unit can furthermore comprise a multiplicity of potential rings which are designed to connect the multiplicity of conductor bars to the multiplicity of bidirectional switches.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Stromversorgungseinheit n Leitungsabschnitte und wenigstens m bidirektionale Schalter, wobei: m = n 2 n 2 .

Figure DE102020101991B4_0001
According to a further embodiment, the power supply unit comprises n line sections and at least m bidirectional switches, wherein: m = n 2 - n 2 .
Figure DE102020101991B4_0001

Die bidirektionalen Schalter können gegengleich parallel geschaltete IGBTs ohne Freilaudioden umfassen. Ebenso können die bidirektionalen Schalter auch gegengleich in Reihe geschaltete MOSFETs umfassen. Nachstehend werden die bidirektionalen Schalter daher teilweise auch als bidirektionale Halbleiterschalter bezeichnet. Dabei können die bidirektionalen Schalter im Bare-Die-Format ausgebildet sein.The bidirectional switches can include oppositely connected IGBTs in parallel without free audio diodes. Likewise, the bidirectional switches can also include MOSFETs connected in series in opposite directions. In the following, the bidirectional switches are therefore sometimes also referred to as bidirectional semiconductor switches. The bidirectional switches can be designed in bare die format.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine, insbesondere ein elektrischer Motor mit einer Stromversorgungseinheit nach dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt.According to a second aspect of the invention, an electric machine, in particular an electric motor with a power supply unit according to the first aspect of the invention described above, is provided.

Somit ermöglichen Ausführungsformen der Erfindung durch die Anbindung einer Leistungselektronik mit Matrixtopologie auf der Rückseite der elektrischen Maschine, die Leitungsabschnitte beliebig miteinander zu verschalten. Dabei ist es ausreichend, die Leistungselektronik mittels der Steuereinheit nur dann zu schalten, wenn der Betriebsmodus der elektrischen Maschine (Phasen, Polpaarzahl oder andere Betriebsarten) geändert wird. Hierdurch werden Schaltverluste reduziert und eine elektrische Maschine mit einer höheren Zahl an Freiheitsgraden bereitgestellt.Thus, by connecting power electronics with a matrix topology on the rear side of the electrical machine, embodiments of the invention make it possible to interconnect the line sections with one another as desired. It is sufficient to switch the power electronics by means of the control unit only when the operating mode of the electrical machine (phases, number of pole pairs or other operating modes) is changed. This reduces switching losses and provides an electrical machine with a higher number of degrees of freedom.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:

  • 1 eine Explosionsdarstellung von Komponenten eines Stators einer herkömmlichen elektrischen Maschine;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer leistungselektronischen Schaltung an der Vorderseite und einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite der elektrischen Maschine;
  • 3 eine Draufsicht sowie eine Seitenschnittansicht der Anordnung einer Vielzahl von bidirektionalen Schaltern zum Ausbilden einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine Draufsicht sowie eine Seitenschnittansicht der Anordnung einer Vielzahl von bidirektionalen Schaltern zum Ausbilden einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite einer elektrischen Maschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 5 ein Balkendiagram, welches die Abhängigkeit der Anzahl der bidirektionalen Halbleiterschalter zum Ausbilden einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite einer elektrischen Maschine von der Anzahl der Leitungsstäbe gemäß einem Ausführungsbeispiel illustriert;
  • 6a eine schematische Darstellung einer Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer leistungselektronischen Schaltung an der Vorderseite und einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite der elektrischen Maschine;
  • 6b ein Diagramm, welches unterschiedliche Arbeitsbereiche einer elektrischen Maschine mit der Stromversorgungseinheit von 6a für unterschiedliche Polpaarzahlen zeigt;
  • 6c ein Diagramm, welches die Verteilung der Phasen und der Stromrichtungen in den Leitungsstäben der Stromversorgungseinheit von 6a zeigt;
  • 6d die Stromversorgungseinheit von 6a mit einer anderen Verschaltung der bidirektionalen Schalter der leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie zur Kompensation des Ausfalls eines bidirektionalen Schalters;
  • 7a eine schematische Darstellung einer Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer leistungselektronischen Schaltung an der Vorderseite und einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite der elektrischen Maschine;
  • 7b ein Diagramm, welches unterschiedliche Arbeitsbereiche einer elektrischen Maschine mit der Stromversorgungseinheit von 7a für unterschiedliche Polpaarzahlen zeigt;
  • 7c ein Diagramm, welches die Verteilung der Phasen und der Stromrichtungen in den Leitungsstäben der Stromversorgungseinheit von 7a zeigt;
  • 8a eine schematische Darstellung einer Stromversorgungseinheit für eine elektrische Maschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer leistungselektronischen Schaltung an der Vorderseite und einer leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite der elektrischen Maschine;
  • 8b ein Diagramm, welches unterschiedliche Arbeitsbereiche einer elektrischen Maschine mit der Stromversorgungseinheit von 8a für unterschiedliche Polpaarzahlen zeigt; und
  • 8c ein Diagramm, welches die Verteilung der Phasen und der Stromrichtungen in den Leitungsstäben der Stromversorgungseinheit von 8a zeigt.
The invention is described in more detail below with reference to exemplary embodiments and the figures. In the figures show:
  • 1 an exploded view of components of a stator of a conventional electrical machine;
  • 2 a schematic representation of a power supply unit for an electrical machine according to an embodiment with a power electronic circuit on the front side and a power electronic circuit with a matrix topology on the rear side of the electric machine;
  • 3 a plan view and a side sectional view of the arrangement of a plurality of bidirectional switches for forming a power electronic circuit Matrix topology on the rear side of an electrical machine according to an exemplary embodiment;
  • 4th a plan view and a side sectional view of the arrangement of a multiplicity of bidirectional switches for forming a power electronic circuit with a matrix topology on the rear side of an electrical machine according to a further exemplary embodiment;
  • 5 a bar diagram which illustrates the dependency of the number of bidirectional semiconductor switches for forming a power electronic circuit with a matrix topology on the rear side of an electrical machine on the number of conductor bars according to an exemplary embodiment;
  • 6a a schematic representation of a power supply unit for an electrical machine according to an embodiment with a power electronic circuit on the front side and a power electronic circuit with a matrix topology on the rear side of the electric machine;
  • 6b a diagram showing different working areas of an electrical machine with the power supply unit of 6a shows for different numbers of pole pairs;
  • 6c a diagram showing the distribution of the phases and the current directions in the conductor bars of the power supply unit of 6a shows;
  • 6d the power supply unit of 6a with a different interconnection of the bidirectional switches of the electronic power circuit with a matrix topology to compensate for the failure of a bidirectional switch;
  • 7a a schematic representation of a power supply unit for an electrical machine according to a further embodiment with a power electronic circuit on the front side and a power electronic circuit with a matrix topology on the rear side of the electric machine;
  • 7b a diagram showing different working areas of an electrical machine with the power supply unit of 7a shows for different numbers of pole pairs;
  • 7c a diagram showing the distribution of the phases and the current directions in the conductor bars of the power supply unit of 7a shows;
  • 8a a schematic representation of a power supply unit for an electrical machine according to a further embodiment with a power electronic circuit on the front side and a power electronic circuit with a matrix topology on the rear side of the electric machine;
  • 8b a diagram showing different working areas of an electrical machine with the power supply unit of 8a shows for different numbers of pole pairs; and
  • 8c a diagram showing the distribution of the phases and the current directions in the conductor bars of the power supply unit of 8a shows.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.In the following detailed description, reference is made to the accompanying figures, which form a part hereof, and in which there is shown, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be carried out. It goes without saying that other embodiments can also be used and structural or logical changes can be made without deviating from the concept of the present invention. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense. Furthermore, it goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise.

Die Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.The aspects and embodiments of the present invention are described with reference to the figures, wherein like reference characters generally refer to like elements. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of one or more aspects of the present invention.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Stromversorgungseinheit 200 für eine elektrische Maschine. Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei der elektrischen Maschine um einen elektrischen Motor beispielsweise zum Antreiben einer Antriebswelle handeln. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Stromversorgungseinheit 200 eine Gleichspannungsquelle 202, die mit einer ersten leistungselektronischen Schaltung bzw. Leistungselektronik an der Vorderseite der elektrischen Maschine verbunden ist. Dabei kann die erste Leistungselektronik gemäß einer der in der DE102014118356A1 beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a power supply unit 200 for an electric machine. According to one embodiment, the electric machine can be an electric motor for driving a drive shaft, for example. As in 2 shown includes the power supply unit 200 a DC voltage source 202 which is connected to a first power electronic circuit or power electronics on the front of the electrical machine. In this case, the first power electronics can according to one of the in the DE102014118356A1 Be designed embodiments described, to which reference is hereby made in full.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die erste leistungselektronische Schaltung an der Vorderseite der elektrischen Maschine eine Vielzahl von Halbbrücken, insbesondere Halbleiterschaltern 201a-n, welche parallel mit der Spannungsquelle 202 verbunden sind. In vergrößerter Ansicht sind in 2 zwei mögliche Ausgestaltungen eines Halbleiterschalters der ersten leistungselektronischen Schaltung an der Vorderseite der elektrischen Maschine dargestellt, hier beispielhaft für die Vielzahl von Halbschaltern der Halbleiterschalter 201 n. Für weitere Details zum Aufbau und zur Funktionsweise der Halbleiterschalter 201a-n wird wiederum auf die DE102014118356A1 verwiesen.The in 2 The illustrated embodiment comprises the first electronic power circuit on the front of the electrical machine a plurality of half bridges, in particular semiconductor switches 201a-n , which parallel with the voltage source 202 are connected. In an enlarged view are in 2 two possible configurations of a semiconductor switch of the first electronic power circuit shown on the front side of the electrical machine, here by way of example for the large number of half-switches of the semiconductor switches 201 n. For further details on the structure and functionality of the semiconductor switches 201a-n will turn to the DE102014118356A1 referenced.

Wie in 2 dargestellt, ist jeder der Halbleiterschalter 201n an der Vorderseite der elektrischen Maschine mit einem jeweiligen Leitungsabschnitt 211a-n verbunden. In der Darstellung von 2 sind die Leitungsabschnitte 211a-n als Induktivitäten dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform können die Leitungsabschnitte 211a-n so wie in der DE102014118356A1 beschrieben und in 1 dargestellt als solide Leitungsstäbe 211a-n ausgebildet sein, die parallel zueinander angeordnet sind und sich in axialer Richtung erstrecken. Alternativ können die Leitungsabschnitte 211a-n Filamente aus leitendem Material umfassen, z.B. Kupfer, Aluminium oder Kohlenstoffnanoröhrchen. Die Leitungsabschnitte 211a-n können im Luftspalt der elektrischen Maschine angeordnet sein, in Nuten des Stators eingelegt sein und/oder durch Bohrung oder Druckguss in dem Kern des Stators eingebracht sein. Im Folgenden werden nicht beschränkende Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die Leitungsabschnitte 211a-n als Leitungsstäbe 211a-n ausgebildet sind.As in 2 each is the semiconductor switch 201n on the front of the electrical machine with a respective line section 211a-n tied together. In the representation of 2 are the line sections 211a-n shown as inductors. According to one embodiment, the line sections 211a-n like in the DE102014118356A1 described and in 1 shown as solid line rods 211a-n be formed, which are arranged parallel to one another and extend in the axial direction. Alternatively, the line sections 211a-n Filaments of conductive material include, for example, copper, aluminum or carbon nanotubes. The line sections 211a-n can be arranged in the air gap of the electrical machine, inserted into grooves of the stator and / or introduced into the core of the stator by drilling or die casting. In the following, non-limiting exemplary embodiments are described in which the line sections 211a-n as management staff 211a-n are trained.

Die Leistungselektronik auf der Rückseite der elektrischen Maschine umfasst ebenfalls eine Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern, welche, wie nachstehend detaillierter beschrieben, eine Schaltung mit Matrixtopologie ausbilden und mit den Bezugsziffern 203aa-nn gekennzeichnet sind. Dabei ist jeder bidirektionale Halbleiterschalter 203aa-nn ausgebildet, je nach Schaltzustand bidirektional einen Strom zu leiten (d.h. einen Strom entweder in die eine oder die andere Richtung zu leiten) oder den Strom zu sperren. Wie sich der 2 entnehmen lässt, ist aufgrund der Schaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn in einer Matrixtopologie jeder der Leitungsstäbe 211a-n jeweils über unterschiedliche Strompfade, welche durch unterschiedliche bidirektionale Halbleiterschalter 203aa-nn und unterschiedliche Kombinationen davon definiert werden, mit den anderen Leitungsstäben 211a-n elektrisch leitend verbindbar.The power electronics on the rear side of the electrical machine also include a plurality of bidirectional semiconductor switches which, as described in more detail below, form a circuit with a matrix topology and with the reference numbers 203aa-nn Marked are. Each is a bidirectional semiconductor switch 203aa-nn designed to conduct a current bidirectionally depending on the switching state (ie to conduct a current either in one or the other direction) or to block the current. How the 2 can be seen is due to the switching of the large number of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn each of the wire rods in a matrix topology 211a-n each via different current paths, which are through different bidirectional semiconductor switches 203aa-nn and different combinations thereof can be defined with the other wire rods 211a-n electrically conductive connectable.

In vergrößerter Ansicht sind in 2 zwei mögliche Ausgestaltungen eines bidirektionalen Halbleiterschalters der zweiten Leistungselektronik an der Rückseite der elektrischen Maschine dargestellt, hier beispielhaft für die Vielzahl von Halbschaltern der Halbschalter 203aa. Gemäß einer Ausführungsform kann der bidirektionale Halbleiterschalter 203aa gegengleich parallel geschaltete IGBTs ohne Freilaufdioden umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der bidirektionale Halbleiterschalter 203aa gegengleich in Reihe geschaltete MOSFETs umfassen. Auch spezielle MOSFETs ohne Freilaufdiode sind für den Einsatz in dem bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa denkbar.In an enlarged view are in 2 two possible configurations of a bidirectional semiconductor switch of the second power electronics are shown on the rear of the electrical machine, here as an example for the large number of half-switches of the half-switches 203aa . According to one embodiment, the bidirectional semiconductor switch 203aa Contrastingly parallel-connected IGBTs without free-wheeling diodes. According to a further embodiment, the bidirectional semiconductor switch 203aa Contrasting series-connected MOSFETs include. Special MOSFETs without a freewheeling diode are also suitable for use in the bidirectional semiconductor switch 203aa conceivable.

Wie in 2 dargestellt, kann die Stromversorgungseinheit 200 ferner eine Steuereinheit 210 umfassen, welche ausgebildet ist, die Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn der leistungselektronischen Schaltung auf der Rückseite der elektrischen Maschine zu schalten. Dabei kann Ansteuerung der bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn mittels der Steuereinheit 210 über einen Bus, beispielsweise einen CAN- oder I2C-BUS erfolgen.As in 2 shown, the power supply unit 200 furthermore a control unit 210 comprise, which is formed, the plurality of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn the power electronic circuit on the back of the electrical machine. The bidirectional semiconductor switch can be controlled 203aa-nn by means of the control unit 210 via a bus, for example a CAN or I2C BUS.

Da, wie nachstehend detaillierter beschrieben, die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nur bei einem Wechsel der Phasen oder Polpaarzahl durch die Steuereinheit 210 angesteuert werden müssen, sind gemäß einer Ausführungsform die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn ausgebildet, über einen längeren Zeitraum in einem Schaltzustand zu verbleiben. Hierfür können bei der Ansteuerung der bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn Ladungspumpen-Treiber („Chargepump“-Treiber) eingesetzt werden, welche ausgebildet sind, die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn über einen längeren Zeitraum anzusteuern, d.h. in demselben Schaltzustand zu belassen.Da, as described in more detail below, the bidirectional semiconductor switches 203aa-nn according to one embodiment of the invention only when the control unit changes the phases or number of pole pairs 210 must be controlled, according to one embodiment, the bidirectional semiconductor switches 203aa-nn designed to remain in a switching state over a longer period of time. For this purpose, when controlling the bidirectional semiconductor switch 203aa-nn Charge pump drivers ("Chargepump" drivers) are used, which are designed as bidirectional semiconductor switches 203aa-nn to be controlled over a longer period of time, ie to leave it in the same switching state.

Wie bereits vorstehend beschrieben und wie in 2 ersichtlich, definiert die leistungselektronische Schaltung mit der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn eine Matrixtopologie bzw. Matrixstruktur. In dieser Matrixtopologie sind die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn derart miteinander und mit den Leitungsstäben 211a-n verschaltet, dass jeder Leitungsstab der Vielzahl von Leitungsstäben 211a-n über jeweils unterschiedliche Strompfade, welche durch unterschiedliche bidirektionale Halbleiterschalter 203aa-nn und unterschiedliche Kombinationen davon definiert werden, mit allen anderen Leitungsstäben der Vielzahl von Leitungsstäben 211a-n elektrisch leitend verbindbar ist.As already described above and as in 2 can be seen, defines the power electronic circuit with the multitude of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn a matrix topology or matrix structure. The bidirectional semiconductor switches are in this matrix topology 203aa-nn such with each other and with the conductor bars 211a-n interconnected that each wire rod of the plurality of wire rods 211a-n via different current paths, which are through different bidirectional semiconductor switches 203aa-nn and different combinations thereof are defined with all other wire rods of the plurality of wire rods 211a-n can be connected in an electrically conductive manner.

Beispielsweise ist in 2 der erste Leitungsstab 211a über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa mit dem zweiten Leitungsstab 211b, über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203ba mit dem dritten Leitungsstab 211c, über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203ca mit dem vierten Leitungsstab 211d und über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203na mit dem n-ten Leitungsstab 211n elektrisch leitend verbindbar. Neben diesen Verbindungen des ersten Leitungsstabs 211a mit den anderen Leitungsstäben 211b-n gibt es jedoch aufgrund der Anordnung und Verschaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn eine Vielzahl von weiteren möglichen Verbindungen bzw. Strompfaden zwischen den Leitungsstäben 211a-n. Beispielsweise besteht eine weitere Verbindung zwischen dem ersten Leitungsstab 211a und dem dritten Leitungsstab 211c über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa und den bidirektionalen Halbleiterschalter 203bb. Da, wie bereits vorstehend beschrieben, die Steuereinheit 210 ausgebildet ist, jeden der bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn zu sperren bzw. in die eine oder die andere Richtung zu schließen, können mittels der Steuereinheit 210 unterschiedliche Kombinationen der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn in der leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie ausgewählt werden, um je nach Anwendungsfall unterschiedliche Verbindungen bzw. Strompfade zwischen den Leitungsstäben 211a-n zu definieren.For example, in 2 the first line rod 211a via the bidirectional semiconductor switch 203aa with the second line rod 211b , via the bidirectional semiconductor switch 203ba with the third lead rod 211c , via the bidirectional semiconductor switch 203 approx with the fourth lead rod 211d and via the bidirectional semiconductor switch 203na with the nth conduction rod 211n electrically conductive connectable. Next to these connections of the first line rod 211a with the others Management rods 211b-n there are, however, due to the arrangement and interconnection of the large number of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn a large number of other possible connections or current paths between the line rods 211a-n . For example, there is another connection between the first line rod 211a and the third lead rod 211c via the bidirectional semiconductor switch 203aa and the bidirectional semiconductor switch 203bb . Since, as already described above, the control unit 210 is formed, each of the bidirectional semiconductor switches 203aa-nn to lock or to close in one or the other direction, can by means of the control unit 210 different combinations of the multitude of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn can be selected in the power electronic circuit with matrix topology in order to create different connections or current paths between the conductor bars depending on the application 211a-n define.

Die in 2 dargestellten Verschaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn definiert eine Matrixtopologie, bei der jeweils ein bidirektionaler Halbleiterschalter 203aa-nn auf der Diagonalen der Matrix und unterhalb davon ausgebildet ist, d.h. der zweite Buchstabenindex entspricht entweder dem ersten Buchstabenindex oder ist ein Buchstabe, welcher im Alphabet vor dem ersten Buchstabenindex steht. Obgleich es sich bei der in 2 dargestellten Matrixtopologie um eine bevorzugte Ausführungsform der Verschaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn handelt, sind auch andere Matrixtopologien denkbar, beispielsweise Matrixtopologien, bei denen weitere bidirektionale Halbleiterschalter auch oberhalb der Matrixdiagonalen angeordnet und verschaltet sind.In the 2 shown interconnection of the plurality of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn defines a matrix topology, each with a bidirectional semiconductor switch 203aa-nn is formed on the diagonal of the matrix and below it, ie the second letter index either corresponds to the first letter index or is a letter which is in the alphabet before the first letter index. Although the in 2 illustrated matrix topology to a preferred embodiment of the interconnection of the plurality of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn is, other matrix topologies are also conceivable, for example matrix topologies in which further bidirectional semiconductor switches are also arranged and interconnected above the matrix diagonals.

In den 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele für eine praktische Umsetzung der in 2 dargestellten zweiten leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite der elektrischen Maschine gezeigt, und zwar jeweils in Form einer Stirnansicht und einer seitlichen Querschnittsansicht. Der Übersichtlichkeit halber ist dabei ein Beispiel mit vier Leitungsstäben 211a-d gewählt worden, die sich parallel in axialer Richtung erstecken und in Umfangsrichtung mit einem Winkelabstand von jeweils 90° angeordnet sind.In the 3 and 4th are two exemplary embodiments for a practical implementation of the in 2 shown second power electronic circuit with matrix topology on the rear of the electrical machine, in each case in the form of a front view and a lateral cross-sectional view. For the sake of clarity, here is an example with four line rods 211a-d have been chosen, which extend parallel in the axial direction and are arranged in the circumferential direction at an angular distance of 90 °.

Wie sich 3 entnehmen lässt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Leitungsstab 211a direkt mit einem Potentialring (bzw. Potentialhohlzylinder) 213a verbunden und über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa mit einem Potentialring 213b verbunden. Zwischen dem Potentialring 213a und dem weiter innen angeordneten Potentialring 213b befindet sich ein Isolierungsring. Mit dem Potentialring 213c und dem Potentialring 213d ist der Leitungsstab 211a bei dieser Ausführungsform nicht verbunden.How yourself 3 can be seen, is in this embodiment, the line rod 211a connected directly to a potential ring (or potential hollow cylinder) 213a and via the bidirectional semiconductor switch 203aa with a potential ring 213b tied together. Between the potential ring 213a and the potential ring further inside 213b there is an isolation ring. With the potential ring 213c and the potential ring 213d is the management staff 211a not connected in this embodiment.

Der Leitungsstab 211b ist direkt mit dem Potentialring 213b verbunden und über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203ba mit dem Potentialring 213c verbunden. Zwischen dem Potentialring 213b und dem weiter innen angeordneten Potentialring 213c befindet sich ein Isolierungsring. Mit dem Potentialring 213a und dem Potentialring 213d ist der Leitungsstab 211b bei dieser Ausführungsform nicht verbunden.The management staff 211b is directly with the potential ring 213b connected and via the bidirectional semiconductor switch 203ba with the potential ring 213c tied together. Between the potential ring 213b and the potential ring further inside 213c there is an isolation ring. With the potential ring 213a and the potential ring 213d is the management staff 211b not connected in this embodiment.

Der Leitungsstab 211c ist direkt mit dem Potentialring 213c verbunden. Ferner ist der Leitungsstab 211c über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203bb mit dem Potentialring 213a und über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203cc mit dem Potentialring 213d verbunden. Zwischen dem Potentialring 213c und dem weiter innen angeordneten Potentialring 213d befindet sich ein Isolierungsring. Mit dem Potentialring 213b ist der Leitungsstab 211c bei dieser Ausführungsform nicht verbunden.The management staff 211c is directly with the potential ring 213c tied together. Further is the line rod 211c via the bidirectional semiconductor switch 203bb with the potential ring 213a and via the bidirectional semiconductor switch 203cc with the potential ring 213d tied together. Between the potential ring 213c and the potential ring further inside 213d there is an isolation ring. With the potential ring 213b is the management staff 211c not connected in this embodiment.

Der Leitungsstab 211d ist direkt mit dem Potentialring 213d verbunden. Ferner ist der Leitungsstab 211d über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203ca mit dem Potentialring 213a und über den bidirektionalen Halbleiterschalter 203cb mit dem Potentialring 213b verbunden. Mit dem Potentialring 213c ist der Leitungsstab 211d bei dieser Ausführungsform nicht verbunden.The management staff 211d is directly with the potential ring 213d tied together. Further is the line rod 211d via the bidirectional semiconductor switch 203 approx with the potential ring 213a and via the bidirectional semiconductor switch 203cb with the potential ring 213b tied together. With the potential ring 213c is the management staff 211d not connected in this embodiment.

Die in 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 3 dargestellten Ausführungsform in der konkreten Ausbildung der elektrisch leitenden Verbindung des jeweiligen Leitungsstabs 211a-d mit den bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-cc, die wiederum mit den Potentialringen 213a-d elektrisch leitend verbunden sind. Bei beiden Ausführungsformen ist an dem maschinenrückseitigen Ende des jeweiligen Leitungsstabs 211a-d ein Verbindungssteg ausgebildet, beispielsweise der Verbindungssteg 220a am maschinenrückseitigen Ende des Leitungsstabs 211c, welcher über das Verbindungselement 215c, wie vorstehend beschrieben, direkt mit dem Potentialring 213c elektrisch leitend verbunden ist und direkt oder indirekt elektrisch leitend mit den jeweiligen bidirektionalen Halbleiterschaltern 203bb, 203cc verbunden ist. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist beispielsweise der Verbindungssteg 220a über ein jeweiliges weiteres Verbindungselement 220b bzw. 220c mit dem bidirektionalen Halbleiterschalter 203bb bzw. 203cc elektrisch leitend verbunden. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der Verbindungssteg 220a direkt mit dem bidirektionalen Halbleiterschalter 203bb, der wiederum elektrisch leitend mit dem Potentialring 213a verbunden ist, und dem bidirektionalen Halbleiterschalter 203cc elektrisch leitend verbunden, der wiederum elektrisch leitend mit dem Potentialring 213d verbunden ist.In the 4th The embodiment shown differs from that in FIG 3 illustrated embodiment in the specific design of the electrically conductive connection of the respective line rod 211a-d with the bidirectional semiconductor switches 203aa-cc which in turn with the potential rings 213a-d are electrically connected. In both embodiments, the respective line rod is at the machine-rear end 211a-d a connecting web is formed, for example the connecting web 220a on the back of the machine end of the wire rod 211c , which over the connecting element 215c as described above, directly to the potential ring 213c is electrically connected and directly or indirectly electrically conductive with the respective bidirectional semiconductor switches 203bb , 203cc connected is. At the in 3 The embodiment shown is, for example, the connecting web 220a via a respective further connecting element 220b respectively. 220c with the bidirectional semiconductor switch 203bb respectively. 203cc electrically connected. At the in 4th The embodiment shown is the connecting web 220a directly with the bidirectional semiconductor switch 203bb , which in turn is electrically conductive with the potential ring 213a is connected, and the bidirectional semiconductor switch 203cc electrically connected, which in turn is electrically conductive with the potential ring 213d connected is.

5 illustriert die Anzahl der bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-nn der zweiten leistungselektronischen Schaltung mit Matrixtopologie an der Rückseite der elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Anzahl der Leitungsstäbe 211a-n für die in 2 dargestellte Ausführungsform. Wie dargestellt, steigt bei der in 2 dargestellte Ausführungsform die Anzahl der bidirektionalen Halbleiterschalter m mit der Leitungsstabanzahl n gemäß dem folgenden Zusammenhang: m = n 2 n 2 .

Figure DE102020101991B4_0002
5 illustrates the number of bidirectional semiconductor switches 203aa-nn of the second power electronic circuit with matrix topology on the rear of the electrical machine depending on the number of conductor bars 211a-n for the in 2 illustrated embodiment. As shown, the in 2 The illustrated embodiment shows the number of bidirectional semiconductor switches m with the number of wire rods n according to the following relationship: m = n 2 - n 2 .
Figure DE102020101991B4_0002

Da bei der Ausführungsform von 2 mit steigender Anzahl der Leitungsstäbe 211n die Zahl der bidirektionalen Hableiterschalter 203aa-nn entsprechend der in 5 dargestellten Abhängigkeit zunimmt, bietet sich bei einer elektrischen Maschine mit einer großen Anzahl von Leitungsstäben 211a-n die Verwendung von platzsparenden bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-nn im Bare-Die Format an. Derartige Halbleiterschalter im Bare-Die Format können platzsparend mit den Leitungsstäben 211an verbunden werden, beispielweise auf die vorstehend im Zusammenhang mit den 3 und 4 beschriebene Art und Weise.Since in the embodiment of 2 with an increasing number of line rods 211n the number of bi-directional semiconductor switches 203aa-nn according to the in 5 dependency shown increases, is offered in an electrical machine with a large number of wire rods 211a-n the use of space-saving bidirectional semiconductor switches 203aa-nn in bare die format. Such semiconductor switches in bare die format can save space with the wire rods 211an be connected, for example to the above in connection with the 3 and 4th described manner.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die Stromversorgungseinheit 200 beispielhaft zwölf Leitungsstäbe 211a-l aufweist sowie entsprechend der in 5 dargestellten Abhängigkeit 66 bidirektionale Halbleiterschalter 203aa-kk. Dabei sind der Übersichtlichkeit halber in den 6a, 6d, 7a und 8a, welche die jeweiligen Verschaltungen der zwölf Leitungsstäbe 211a-l mit den 66 bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-kk mit Matrixtopologie illustrieren, nicht alle Halbleiterschalter 203aa-kk mit einer Bezugsziffer gekennzeichnet. Der Fachmann wird jedoch aufgrund der in diesen Figuren verwendeten Bezugsziffern und der in der 2 illustrierten Systematik der dargestellten Matrixtopologie die Bezugsziffern der nicht gekennzeichneten bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-kk ohne weiteres ableiten können. Wie bereits vorstehend beschrieben und wie sich dies den 6a, 6d, 7a und 8a entnehmen lässt, definiert die Verschaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-kk eine Matrixtopologie, bei der gemäß einer Ausführungsform jeweils ein Halbleiterschalter 203aa-kk auf der Diagonalen der Matrix und unterhalb davon ausgebildet ist, d.h. der zweite Buchstabenindex entspricht entweder dem ersten Buchstabenindex oder ist ein Buchstabe, welcher im Alphabet vor dem ersten Buchstabenindex steht.In the following, exemplary embodiments are described in which the power supply unit 200 for example twelve line rods 211a-l and according to the in 5 dependency shown 66 bidirectional semiconductor switches 203aa-kk . For the sake of clarity, the 6a , 6d , 7a and 8a showing the respective interconnections of the twelve wire rods 211a-l with the 66 bidirectional semiconductor switches 203aa-kk illustrate with matrix topology, not all semiconductor switches 203aa-kk marked with a reference number. However, those skilled in the art will be based on the reference numerals used in these figures and in the 2 illustrated systematics of the matrix topology shown the reference numbers of the unmarked bidirectional semiconductor switch 203aa-kk can easily deduce. As already described above and how this is the 6a , 6d , 7a and 8a can be seen defines the interconnection of the multitude of bidirectional semiconductor switches 203aa-kk a matrix topology in which, according to one embodiment, one semiconductor switch in each case 203aa-kk is formed on the diagonal of the matrix and below it, ie the second letter index either corresponds to the first letter index or is a letter which is in the alphabet before the first letter index.

Für dieses Ausführungsbeispiel der Stromversorgungseinheit 200 mit zwölf Leitungsstäben 211a-l und 66 bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-kk lässt sich der 6a (analog zu der 2) die Verschaltung der bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-kk mit Matrixtopologie entnehmen. Bei der in 6a dargestellten Ausführungsform ist die Steuereinheit 210 (in 6a nicht dargestellt) der Stromversorgungseinheit 200 ausgebildet, die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-kk derart zu schalten, dass die elektrische Maschine mit drei Phasen in dem in 6b gekennzeichneten Arbeitsbereich mit niedriger Polpaarzahl p1 betrieben werden kann, in welchem hohe Drehzahlen mit niedrigen Drehmomenten erreicht werden können. Beispielhaft kann die elektrische Maschine in drei weiteren Arbeitsbereichen mit größeren Polpaarzahlen p2, p3 und p4 betrieben werden, wie dies nachstehend am Beispiel der Polpaarzahl p2 im Zusammenhang mit den 7a-c beschrieben wird.For this embodiment of the power supply unit 200 with twelve management rods 211a-l and 66 bidirectional semiconductor switches 203aa-kk can the 6a (analogous to the 2 ) the interconnection of the bidirectional semiconductor switches 203aa-kk with matrix topology. At the in 6a The embodiment shown is the control unit 210 (in 6a not shown) of the power supply unit 200 formed the bidirectional semiconductor switch 203aa-kk to switch in such a way that the electrical machine with three phases in the in 6b marked working area can be operated with a low number of pole pairs p 1 , in which high speeds can be achieved with low torques. For example, the electrical machine can be operated in three further working areas with larger numbers of pole pairs p 2 , p 3 and p 4 , as shown below using the example of the number of pole pairs p 2 in connection with the 7a-c is described.

6c zeigt für dieses Ausführungsbeispiel die Verteilung der drei Phasen sowie die jeweilige Stromrichtung über die Leitungsstäbe 211a-l. Wie sich der 6c entnehmen lässt, fließt beispielsweise durch den ersten Leitungsstab 211a (Leitungsstab „1“) und den zweiten Leitungsstab 211b (Leitungsstab „2“) der Strom mit der Phase U in die maschinenrückseitige Leistungselektronik der Stromversorgungseinheit 200 hinein. 6c shows for this embodiment the distribution of the three phases as well as the respective current direction over the conductor bars 211a-l . How the 6c can be removed, flows, for example, through the first line rod 211a (Line rod "1") and the second line rod 211b (Line rod "2") the current with phase U into the power electronics of the power supply unit on the back of the machine 200 into it.

In 6a ist dargestellt, wie der Strom aufgrund einer beispielhaften Schaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-kk durch die Steuereinheit 210 durch die maschinenrückseitige Leistungselektronik mit Matrixtopologie fließt. Wie sich dabei der 6a entnehmen lässt, kann die in 6c gezeigte beispielhafte Verteilung der Stromrichtungen und Phasen U, W und V dadurch erreicht werden, dass die bidirektionalen Halbleiterschalter 203fa, 203gb, 203hc und 203id durch die Steuereinheit 210 in einer ersten Stromrichtung geschaltet sind und die bidirektionalen Halbleiterschalter 203je und 203kf in der entgegen gesetzten Stromrichtung geschaltet sind (die restlichen bidirektionalen Halbleiterschalter sind in einem Schaltzustand, in dem diese keinen Strom leiten).In 6a is shown how the current is based on an exemplary circuit of the large number of bidirectional semiconductor switches 203aa-kk by the control unit 210 flows through the power electronics on the back of the machine with matrix topology. How does the 6a can be seen, the in 6c The exemplary distribution of the current directions and phases U, W and V shown can be achieved in that the bidirectional semiconductor switch 203fa , 203gb, 203hc and 203id by the control unit 210 are switched in a first current direction and the bidirectional semiconductor switches 203je and 203kf are switched in the opposite current direction (the remaining bidirectional semiconductor switches are in a switching state in which they do not conduct any current).

In 6d ist dargestellt, wie die in 6a dargestellte Stromversorgungseinheit 200 einen Ausfall eines geschalteten, d.h. stromführenden bidirektionalen Halbleiterschalters kompensieren kann, und zwar beispielhaft einen Ausfall des bidirektionalen Halbleiterschalters 203fa. Die Steuereinheit 210 der Stromversorgungseinheit 200 ist ausgebildet, in diesem Fall den bisher durch den bidirektionalen Halbleiterschalter 203fa verlaufenden Strompfad zwischen dem ersten Leitungsstab 211a (Leitungsstab „1“) und dem siebten Leitungsstab 211g (Leitungsstab „7“) durch einen neuen Strompfad zwischen dem ersten Leitungsstab 211a (Leitungsstab „1“) und dem siebten Leitungsstab 211g (Leitungsstab „7“) zu ersetzen. Dabei kann, wie in 6d dargestellt, der neue Strompfad zwischen dem ersten Leitungsstab 211a (Leitungsstab „1“) und dem siebten Leitungsstab 211g (Leitungsstab „7“) ausgebildet werden, indem die Steuereinheit 210 den bidirektionalen Hauptleiterschalter 203aa und den bidirektionalen Hauptleiterschalter 230fb derart ansteuert, dass diese den Strom in der ersten Stromrichtung leiten (d.h. der bisherigen Stromrichtung des zu kompensierenden Halbleiterschalters 203fa).In 6d is shown as the one in 6a Power supply unit shown 200 can compensate for a failure of a switched, ie current-carrying bidirectional semiconductor switch, specifically for example a failure of the bidirectional semiconductor switch 203fa . The control unit 210 the power supply unit 200 is formed, in this case previously by the bidirectional semiconductor switch 203fa running current path between the first line rod 211a (Management stick “1”) and the seventh management stick 211g (Wire rod "7") through a new current path between the first wire rod 211a (Management stick “1”) and the seventh management stick 211g (Line rod "7") to be replaced. As in 6d shown, the new current path between the first line rod 211a (Management stick “1”) and the seventh management stick 211g (Wire rod “7”) can be formed by the control unit 210 the bidirectional main conductor switch 203aa and controls the bidirectional main conductor switch 230fb in such a way that they conduct the current in the first current direction (ie the previous current direction of the semiconductor switch to be compensated) 203fa ).

Die 7a-c zeigen (analog zu den 6a-c) ein weiteres Beispiel einer Anordnung und Verschaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-kk der maschinenrückseitigen Leistungselektronik der Stromversorgungseinheit 200. Bei dem in 7a dargestellten Beispiel ist die Steuereinheit 210 der Stromversorgungseinheit 200 ausgebildet, die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-kk derart zu schalten, dass die elektrische Maschine mit drei Phasen in dem in 7b gekennzeichneten Arbeitsbereich mit der Polpaarzahl p2 betrieben werden kann, die größer als die Polpaarzahl p1 des in den 6a-d gezeigten Beispiels ist und somit beispielhaft höhere Drehmomente bei niedrigeren Drehzahlen erlaubt. In 7c ist wiederum die Verteilung der Stromrichtungen und Phasen über die Leitungsstäbe 211a-l dargestellt. Wie sich dabei der 7a entnehmen lässt, kann die in 7c gezeigte beispielhafte Verteilung der Stromrichtungen und Phasen U, W und V dadurch erreicht werden, dass die bidirektionalen Halbleiterschalter 203ca, 203db, 203ig und 203jh durch die Steuereinheit 210 in einer ersten Stromrichtung geschaltet sind und die bidirektionalen Halbleiterschalter 203ec und 203ki in der entgegen gesetzten Stromrichtung geschaltet sind (die restlichen bidirektionalen Halbleiterschalter sind in einem Schaltzustand, in dem diese keinen Strom leiten).the 7a-c show (analogous to the 6a-c ) Another example of an arrangement and interconnection of the large number of bidirectional semiconductor switches 203aa-kk the power electronics of the power supply unit on the back of the machine 200 . The in 7a The example shown is the control unit 210 the power supply unit 200 formed the bidirectional semiconductor switch 203aa-kk to switch in such a way that the electrical machine with three phases in the in 7b marked work area can be operated with the number of pole pairs p 2 , which is greater than the number of pole pairs p 1 of the in the 6a-d The example shown is and thus allows higher torques at lower speeds as an example. In 7c is again the distribution of the current directions and phases over the line rods 211a-l shown. How does the 7a can be seen, the in 7c The exemplary distribution of the current directions and phases U, W and V shown can be achieved in that the bidirectional semiconductor switch 203 approx , 203db, 203ig and 203jh by the control unit 210 are switched in a first current direction and the bidirectional semiconductor switches 203ec and 203ki are switched in the opposite current direction (the remaining bidirectional semiconductor switches are in a switching state in which they do not conduct any current).

Die 8a-c zeigen (analog zu den 6a-c und 7a-c) ein weiteres Beispiel einer Anordnung und Verschaltung der Vielzahl von bidirektionalen Halbleiterschaltern 203aa-kk der maschinenrückseitigen Leistungselektronik der Stromversorgungseinheit 200. Bei dem in 8a dargestellten Beispiel ist die Steuereinheit 210 der Stromversorgungseinheit 200 ausgebildet, die bidirektionalen Halbleiterschalter 203aa-kk derart zu schalten, dass die elektrische Maschine mit 6 Phasen (statt der 3 Phasen bei dem in den 6a-d gezeigten Beispiel) in dem in 8b gekennzeichneten Arbeitsbereich mit der Polpaarzahl p1 betrieben werden kann. In 8c ist wiederum die Verteilung der Stromrichtungen und der 6 Phasen über die Leitungsstäbe 211 a-l dargestellt. Wie sich dabei der 8a entnehmen lässt, kann die in 8c gezeigte beispielhafte Verteilung der Stromrichtungen und sechs Phasen dadurch erreicht werden, dass die bidirektionalen Halbleiterschalter 203fa, 203gb, 203hc und 203id durch die Steuereinheit 210 in einer ersten Stromrichtung geschaltet sind und die bidirektionalen Halbleiterschalter 203je und 203kf in der entgegen gesetzten Stromrichtung geschaltet sind (die restlichen bidirektionalen Halbleiterschalter sind in einem Schaltzustand, in dem diese keinen Strom leiten).the 8a-c show (analogous to the 6a-c and 7a-c ) Another example of an arrangement and interconnection of the large number of bidirectional semiconductor switches 203aa-kk the power electronics of the power supply unit on the back of the machine 200 . The in 8a The example shown is the control unit 210 the power supply unit 200 formed the bidirectional semiconductor switch 203aa-kk to switch in such a way that the electric machine has 6 phases (instead of the 3 phases in the 6a-d example shown) in the in 8b marked working area can be operated with the number of pole pairs p 1. In 8c is again the distribution of the current directions and the 6 phases over the line rods 211 al shown. How does the 8a can be seen, the in 8c The exemplary distribution of the current directions and six phases shown can be achieved in that the bidirectional semiconductor switches 203fa, 203gb, 203hc and 203id are controlled by the control unit 210 are switched in a first current direction and the bidirectional semiconductor switches 203je and 203kf are switched in the opposite current direction (the remaining bidirectional semiconductor switches are in a switching state in which they do not conduct any current).

Somit ermöglichen Ausführungsformen der Erfindung durch die Anbindung einer Leistungselektronik mit Matrixtopologie auf der Rückseite der elektrischen Maschine, die Leitungsstäbe 211a-n beliebig miteinander zu verschalten. Dabei ist es ausreichend, die Leistungselektronik mittels der Steuereinheit 210 nur dann zu schalten, wenn der Betriebsmodus der elektrischen Maschine (Phasen, Polpaarzahl oder andere Betriebsarten) geändert wird. Hierdurch werden Schaltverluste reduziert und eine elektrische Maschine mit einer höheren Zahl an Freiheitsgraden bereitgestellt.Embodiments of the invention thus enable the conductor bars by connecting power electronics with a matrix topology to the rear of the electrical machine 211a-n to be interconnected as required. It is sufficient to control the power electronics by means of the control unit 210 only switch when the operating mode of the electrical machine (phases, number of pole pairs or other operating modes) is changed. This reduces switching losses and provides an electrical machine with a higher number of degrees of freedom.

Claims (14)

Stromversorgungseinheit (200) für eine elektrische Maschine, mit: einer Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n); einer ersten maschinenvorderseitigen leistungselektronischen Schaltung mit einer Vielzahl von Halbbrücken (201a-n), welche ausgebildet ist, die Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n) mit einem jeweiligen Strom zu beaufschlagen; und einer zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung mit einer Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn), wobei die zweite maschinenrückseitige leistungselektronische Schaltung eine Matrixtopologie aufweist und ausgebildet ist, jeden der Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n) über eine Vielzahl von Strompfaden, welche durch die Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn) und Kombinationen davon definiert werden, mit allen anderen Leitungsabschnitten (211a-n) elektrisch leitend zu verbinden, wobei aufgrund der Matrixtopologie der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung ein erster Leitungsabschnitt (211a) (i) über einen ersten bidirektionalen Schalter (203aa) mit einem zweiten Leitungsabschnitt (211b) verbindbar ist, (ii) über einen zweiten bidirektionalen Schalter (203ba) mit einem dritten Leitungsabschnitt (211c) verbindbar ist und (iii) über den ersten bidirektionalen Schalter (203aa) und einen dritten bidirektionalen Schalter (203bb) mit dem dritten Leitungsabschnitt (211c) verbindbar ist.Power supply unit (200) for an electrical machine, with: a plurality of line sections (211a-n); a first power electronic circuit on the front of the machine with a plurality of half bridges (201a-n) which is designed to apply a respective current to the plurality of line sections (211a-n); and a second machine rear power electronic circuit with a plurality of bidirectional switches (203aa-nn), wherein the second machine rear power electronic circuit has a matrix topology and is formed, each of the plurality of line sections (211a-n) via a plurality of current paths, which through the plurality of bidirectional switches (203aa-nn) and combinations thereof are defined to be electrically connected to all other line sections (211a-n), where due to the matrix topology of the second power electronics circuit on the back of the machine, a first line section (211a) (i) can be connected to a second line section (211b) via a first bidirectional switch (203aa), (ii) to a third via a second bidirectional switch (203ba) Line section (211c) can be connected and (iii) can be connected to the third line section (211c) via the first bidirectional switch (203aa) and a third bidirectional switch (203bb). Stromversorgungseinheit (200) nach Anspruch 1, wobei die Matrixtopologie der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung durch eine Matrix definiert wird, bei welcher Matrixelemente auf der Hauptdiagonalen der Matrix und Matrixelemente unterhalb oder oberhalb von der Hauptdiagonalen der Matrix einem jeweiligen bidirektionalen Schalter (203aa-nn) entsprechen.Power supply unit (200) according to Claim 1 , the matrix topology of the second power electronic circuit on the back of the machine being defined by a matrix in which matrix elements on the main diagonal of the matrix and Matrix elements below or above the main diagonal of the matrix correspond to a respective bidirectional switch (203aa-nn). Stromversorgungseinheit (200) nach Anspruch 1, wobei aufgrund der Matrixtopologie der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung der erste Leitungsabschnitt (211a) (i) über einen vierten bidirektionalen Schalter (203ca) mit einem vierten Leitungsabschnitt (211d) verbindbar ist, (ii) über den ersten bidirektionalen Schalter (203aa) und einen fünften bidirektionalen Schalter (203cb) mit dem vierten Leitungsabschnitt (211d) verbindbar ist, (iii) über den ersten bidirektionalen Schalter (203aa), den dritten bidirektionalen Schalter (203bb) und einen sechsten bidirektionalen Schalter (203cc) mit dem vierten Leitungsabschnitt (211d) verbindbar ist und (iv) über den zweiten bidirektionalen Schalter (203ba) und den sechsten bidirektionalen Schalter (203cc) mit dem vierten Leitungsabschnitt (211d) verbindbar ist.Power supply unit (200) according to Claim 1 , the first line section (211a) (i) being connectable to a fourth line section (211d) via a fourth bidirectional switch (203ca), (ii) via the first bidirectional switch (203aa) and a fifth bidirectional switch (203cb) can be connected to the fourth line section (211d), (iii) via the first bidirectional switch (203aa), the third bidirectional switch (203bb) and a sixth bidirectional switch (203cc) to the fourth line section (211d) can be connected and (iv) can be connected to the fourth line section (211d) via the second bidirectional switch (203ba) and the sixth bidirectional switch (203cc). Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromversorgungseinheit (200) eine Gleichspannungsquelle (202) umfasst, wobei die Gleichspannungsquelle (202) parallel mit der Vielzahl von Halbbrücken (201 a-n) der ersten maschinenvorderseitigen leistungselektronischen Schaltung elektrisch leitend verbindbar ist, um die Leitungsabschnitte (211a-n) mit einem jeweiligen Strom zu beaufschlagen.Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein the power supply unit (200) comprises a DC voltage source (202), wherein the DC voltage source (202) can be connected in an electrically conductive manner in parallel to the plurality of half bridges (201 an) of the first power electronic circuit on the front of the machine in order to to apply a respective current to the line sections (211a-n). Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromversorgungseinheit (200) ferner eine Steuereinheit (210) umfasst, welche ausgebildet ist, die Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn) der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung zu schalten.Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein the power supply unit (200) further comprises a control unit (210) which is designed to switch the plurality of bidirectional switches (203aa-nn) of the second power electronic circuit on the back of the machine. Stromversorgungseinheit (200) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (210) zur Ansteuerung der bidirektionalen Schalter (203aa-nn) wenigstens einen Ladungspumpen-Treiber umfasst.Power supply unit (200) according to Claim 5 wherein the control unit (210) for controlling the bidirectional switches (203aa-nn) comprises at least one charge pump driver. Stromversorgungseinheit (200) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuereinheit (210) ausgebildet ist, bei einer Fehlfunktion eines bidirektionalen Schalters (203aa-nn) einen Schaltzustand wenigstens eines anderen bidirektionalen Schalters (203aa-nn) der zweiten maschinenrückseitigen leistungselektronischen Schaltung zu ändern, um den Betrieb der Stromversorgungseinheit (200) aufrecht zu erhalten.Power supply unit (200) according to Claim 5 or 6th , wherein the control unit (210) is designed, in the event of a malfunction of a bidirectional switch (203aa-nn), to change a switching state of at least one other bidirectional switch (203aa-nn) of the second power electronic circuit on the back of the machine in order to maintain the operation of the power supply unit (200) to obtain. Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Leitungsabschnitten (211a-n) eine Vielzahl von parallel angeordneten Leitungsstäben (211a-n) umfasst, welche in Nuten eines Statorkerns eingebracht sind, um einen Stator der elektrischen Maschine auszubilden.Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein the multiplicity of line sections (211a-n) comprises a multiplicity of parallel-arranged line rods (211a-n) which are introduced into slots of a stator core in order to form a stator of the electrical machine. Stromversorgungseinheit (200) nach Anspruch 8, wobei die Leitungsstäbe (211an) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und die Stromversorgungseinheit (200) ferner eine Vielzahl von Potentialringen (213a-d) umfasst, welche ausgebildet sind, die Vielzahl von Leitungsstäben (211a-n) mit der Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn) zu verbinden.Power supply unit (200) according to Claim 8 , wherein the wire rods (211an) are evenly distributed in the circumferential direction and the power supply unit (200) further comprises a plurality of potential rings (213a-d) which are formed, the plurality of wire rods (211a-n) with the plurality of bidirectional switches ( 203aa-nn). Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromversorgungseinheit (200) n Leitungsabschnitte (211a-n) und wenigstens m bidirektionale Schalter (203aa-nn) umfasst, wobei: m = n 2 n 2 .
Figure DE102020101991B4_0003
Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein the power supply unit (200) comprises n line sections (211a-n) and at least m bidirectional switches (203aa-nn), wherein: m = n 2 - n 2 .
Figure DE102020101991B4_0003
Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der bidirektionalen Schalter (203aa-nn) gegengleich parallel geschaltete IGBTs ohne Freilaudioden umfasst.Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the bidirectional switches (203aa-nn) comprises oppositely parallel IGBTs without free-air diodes. Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einer der bidirektionalen Schalter (203aa-nn) gegengleich in Reihe geschaltete MOSFETs umfasst.Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the bidirectional switches (203aa-nn) comprises MOSFETs connected in series in opposite directions. Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer oder mehrere der Vielzahl von bidirektionalen Schaltern (203aa-nn) im Bare-Die-Format ausgebildet sind.Power supply unit (200) according to one of the preceding claims, wherein one or more of the plurality of bidirectional switches (203aa-nn) are designed in bare die format. Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer Motor mit einer Stromversorgungseinheit (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electric machine, in particular electric motor, with a power supply unit (200) according to one of the preceding claims.
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